什么是PWM“死區(qū)”？

PWM是脈寬調(diào)制，在電力電子中，最常用的就是整流和逆變。這就需要用到整流橋和逆變橋。對三相電來說，就需要三個橋臂。

以兩電平為例，每個橋臂上有兩個電力電子器件，比如IGBT。這兩個IGBT不能同時導(dǎo)通，否則就會出現(xiàn)短路的情況。

因此，設(shè)計(jì)帶死區(qū)的PWM波可以防止上下兩個器件同時導(dǎo)通。也就是說，當(dāng)一個器件導(dǎo)通后關(guān)閉，再經(jīng)過一段死區(qū)，這時才能讓另一個導(dǎo)通。

01什么是死區(qū)?

通常，大功率電機(jī)、變頻器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件組成的H橋或3相橋。

每個橋的上半橋和下半橋是是絕對不能同時導(dǎo)通的，但高速的PWM驅(qū)動信號在達(dá)到功率元件的控制極時，往往會由于各種各樣的原因產(chǎn)生延遲的效果，造成某個半橋元件在應(yīng)該關(guān)斷時沒有關(guān)斷，造成功率元件燒毀。

死區(qū)就是在上半橋關(guān)斷后，延遲一段時間再打開下半橋或在下半橋關(guān)斷后，延遲一段時間再打開上半橋，從而避免功率元件燒毀。這段延遲時間就是死區(qū)。(就是上、下半橋的元件都是關(guān)斷的)死區(qū)時間控制在通常的低端單片機(jī)所配備的PWM中是沒有的。

死區(qū)時間是PWM輸出時，為了使H橋或半H橋的上下管不會因?yàn)殚_關(guān)速度問題發(fā)生同時導(dǎo)通而設(shè)置的一個保護(hù)時段，所以在這個時間，上下管都不會有輸出，當(dāng)然會使波形輸出中斷，死區(qū)時間一般只占百分之幾的周期。

但是PWM波本身占空比小時，空出的部分要比死區(qū)還大，所以死區(qū)會影響輸出的紋波，但應(yīng)該不是起到?jīng)Q定性作用的。

02DSP里的PWM死區(qū)

在整流逆變的過程中，同一相的上下橋不能同時導(dǎo)通,否則電源會短路，理論上DSP產(chǎn)生的PWM是不會同時通，但器件的原因PWM不可能是瞬時電平跳變的，總是梯形下降的，這樣會可能使上下橋直通，為此，設(shè)一個極短的時間，上下橋都關(guān)閉，再選擇性開通，避免了上下橋直通，實(shí)際控制中死區(qū)會導(dǎo)致控制性能變差。

PWM的上下橋臂的三極管是不能同時導(dǎo)通的。如果同時導(dǎo)通就會是電源兩端短路。所以，兩路觸發(fā)信號要在一段時間內(nèi)都是使三極管斷開的。這個區(qū)域就叫做“死區(qū)”。

PWM的占空比決定輸出到直流電機(jī)的平均電壓，PWM不是調(diào)節(jié)電流的。PWM的意思是脈寬調(diào)節(jié)，也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比，一個20%占空比波形，會有20%的高電平時間和80%的低電平時間，而一個60%占空比的波形則具有60%的高電平時間和40%的低電平時間，占空比越大，高電平時間越長，則輸出的脈沖幅度越高，即電壓越高。

如果占空比為0%，那么高電平時間為0，則沒有電壓輸出。

如果占空比為100%，那么輸出全部電壓。

所以通過調(diào)節(jié)占空比，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，而且輸出電壓可以無級連續(xù)調(diào)節(jié)。

03PWM相關(guān)概念

1.占空比

就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該P(yáng)WM的時鐘周期的時間之比。

如：一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1:5。

2.分辨率

也就是占空比最小能達(dá)到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)，16位的的PWM理論就是1:65535(單斜率)。

頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達(dá)到了1:65535，要達(dá)到這個分辨率，T/C就必須從0計(jì)數(shù)到65535才能達(dá)到，如果計(jì)數(shù)從0計(jì)到80之后又從0開始計(jì)到80.......，那么它的分辨率最小就是1:80了，但是，它也快了，也就是說PWM的輸出頻率高了。

3.雙斜率 / 單斜率

假設(shè)一個PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后又從0計(jì)數(shù)到80....... 這個就是單斜率

假設(shè)一個PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后是從80計(jì)數(shù)到0....... 這個就是雙斜率

可見，雙斜率的計(jì)數(shù)時間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80)=1:160，就是提高了一倍。

假設(shè)PWM是單斜率，設(shè)定最高計(jì)數(shù)是80，我們再設(shè)定一個比較值是10，那么T/C從0計(jì)數(shù)到10時(這時計(jì)數(shù)器還是一直往上計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)到設(shè)定值80)，單片機(jī)就會根據(jù)你的設(shè)定，控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。

審核編輯：湯梓紅